啟揚(yáng)方案：新能源電站功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備解決方案

根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，截至8月底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量約24.7億千瓦，同比增長(zhǎng)8.0%。其中風(fēng)電裝機(jī)容量約3.4億千瓦，同比增長(zhǎng)16.6%；太陽能發(fā)電裝機(jī)容量約3.5億千瓦，同比增長(zhǎng)27.2%。隨著以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的新能源電站裝機(jī)容量的不斷提升，新能源發(fā)電占電力系統(tǒng)發(fā)電總量也逐年上升，但是新能源發(fā)電存在“先天缺陷”，容易受到風(fēng)速、風(fēng)向、日照、氣溫、氣壓等環(huán)境因素的影響，其隨機(jī)性、波動(dòng)性比較大，發(fā)電量較難預(yù)測(cè)，新能源電力的大規(guī)模集中并網(wǎng)也會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大沖擊。

要實(shí)現(xiàn)發(fā)電端和用電端的實(shí)時(shí)平衡，電網(wǎng)需要根據(jù)下游用電需求提前做出發(fā)電規(guī)劃，并根據(jù)實(shí)時(shí)的電力平衡情況，做出實(shí)時(shí)的電力調(diào)節(jié)和控制，因此在發(fā)電端提出功率預(yù)測(cè)、并網(wǎng)控制等需求。

以風(fēng)電功率預(yù)測(cè)為例，風(fēng)電功率預(yù)測(cè)是指以風(fēng)電場(chǎng)的歷史功率、歷史風(fēng)速、地形地貌、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)建立風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的預(yù)測(cè)模型，將實(shí)時(shí)氣象、實(shí)時(shí)功率或數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)輸入模型，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組的設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行情況，得到風(fēng)電場(chǎng)未來的輸出功率。

新能源電站功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)包括氣象采集子系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)和功率預(yù)測(cè)計(jì)算子系統(tǒng)等，專業(yè)電力氣象預(yù)測(cè)平臺(tái)下發(fā)高精度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，經(jīng)過安全反向隔離裝置發(fā)送至功率預(yù)測(cè)服務(wù)器，同時(shí)電站氣象子系統(tǒng)及監(jiān)控子系統(tǒng)將電站運(yùn)行數(shù)據(jù)信息發(fā)送至預(yù)測(cè)服務(wù)器，服務(wù)器內(nèi)軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，生成短期、超短期功率預(yù)測(cè)，并將結(jié)果實(shí)時(shí)上傳調(diào)度機(jī)構(gòu)。

圖片源于網(wǎng)絡(luò)

氣象采集系統(tǒng)

氣象數(shù)據(jù)是功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一，通過電站測(cè)風(fēng)塔上安裝的多個(gè)風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器、氣壓傳感器等設(shè)備實(shí)時(shí)采集電站風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度、氣壓等氣象數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集通信設(shè)備傳輸至功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)輸出功率等數(shù)據(jù)也是功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)關(guān)或數(shù)據(jù)采集器對(duì)風(fēng)機(jī)控制器和逆變器等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)傳輸給功率預(yù)測(cè)服務(wù)器。

在功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)中，多個(gè)環(huán)節(jié)都涉及到數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和處理，其中所使用的數(shù)據(jù)采集器、無線網(wǎng)關(guān)、通信傳輸設(shè)備等硬件要求多種參數(shù)實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)處理與分析，同時(shí)本地化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以及將系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)分發(fā)到多個(gè)中心平臺(tái)。啟揚(yáng)根據(jù)要求提出基于NXP i.MX6UL、i.MX6、i.MX8M系列處理器的硬件產(chǎn)品，應(yīng)用于新能源電站功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)備。

以啟揚(yáng)i.MX8M mini的應(yīng)用為例，基于NXP i.MX8M mini 四核Cortex-A53處理器的核心硬件，1.8GHz主頻的高性能內(nèi)核用于加速計(jì)算流程；核心板配置大容量?jī)?nèi)存，能夠同時(shí)處理大量數(shù)據(jù)，并且能夠長(zhǎng)期存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行期間所采集的各類數(shù)據(jù)；支持在邊緣側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)的一次處理，使得數(shù)據(jù)傳輸更加輕量化。

i. MX8M mini支持千兆以太網(wǎng)口，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸；mini-PCIe接口連接4G模塊，豐富串口支持?jǐn)U展Wi-Fi模塊，LoRa模塊及其他無線通訊模塊，支持多網(wǎng)同時(shí)在線，互為備份，避免數(shù)據(jù)丟失；擁有豐富的接口資源，方便外部設(shè)備接入。新能源電站內(nèi)部的溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、氣壓傳感器通過串口、工業(yè)以太網(wǎng)口、無線通信模塊接口進(jìn)行連接，采集氣象實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上傳。

工業(yè)級(jí)元器件，滿足工業(yè)復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用，Linux操作系統(tǒng)，開放源碼和技術(shù)支持方便二次開發(fā)。

功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)幫助風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站制定生產(chǎn)計(jì)劃，合理安排運(yùn)行方式，依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行電力交易或備用容量采購，提高電網(wǎng)消納風(fēng)電/光伏電力的能力，有效地避免發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。